definicja Operonu
operon jest klastrem funkcjonalnie powiązanych genów, które są kontrolowane przez współdzielonego operatora. Operony składają się z wielu genów zgrupowanych razem z promotorem i operatorem. Operony są obecne u prokariotów (bakterii i archaea), ale nie występują u eukariotów. W niektórych sytuacjach wiele operonów jest kontrolowanych przez to samo białko regulacyjne; w tych przypadkach operony tworzą regulon. Operony zostały po raz pierwszy zidentyfikowane jako sposób kontroli ekspresji genów w 1961 roku przez François Jacoba i Jacques ' a Monoda.,
struktura Operonu
Operony są regionami DNA, które zawierają klastry powiązanych genów. Składają się one z regionu promotora, operatora i wielu powiązanych genów. Operator może znajdować się wewnątrz promotora lub między promotorem a genami. Polimeraza RNA inicjuje transkrypcję poprzez wiązanie z regionem promotora. Lokalizacja operatora jest ważna, ponieważ jego regulacja pozwala lub uniemożliwia transkrypcję genów do mRNA.,
funkcja Operonu
OPERON jest kompletnym pakietem do ekspresji genów i syntezy polipeptydów. Łącząc powiązane geny, wszystkie polipeptydy wymagane dla określonej funkcji są syntetyzowane w odpowiedzi na jeden bodziec. Na przykład bakteria Escherichia coli zawiera szereg genów skupionych w operonach i regulonach: Lac operon, który bierze udział w degradacji laktozy, Trp operon, który bierze udział w biosyntezie tryptofanu i His operon, który bierze udział w biosyntezie histydyny., Te operony są włączane, gdy produkty genowe są potrzebne.
Operony mogą być pod kontrolą negatywną lub pozytywną. Kontrola negatywna polega na wyłączeniu Operonu w obecności tłumika; może to być tłumiące lub indukcyjne. OPERON represyjny to taki, który zwykle jest włączony, ale który może być stłumiony w obecności cząsteczki represyjnej. Represor wiąże się z operatorem w taki sposób, że ruch lub Wiązanie polimerazy RNA jest blokowane i transkrypcja nie może przebiegać. OPERON indukowany to taki, który zwykle jest wyłączony., W przypadku braku induktora operator jest blokowany przez cząsteczkę represora. Gdy induktor jest obecny, wchodzi w interakcję z białkiem represorowym, uwalniając go od operatora i umożliwiając kontynuowanie transkrypcji. Represyjne operony są na ogół zaangażowane w szlaki anaboliczne lub syntezę istotnego składnika, podczas gdy indukcyjne operony są na ogół zaangażowane w szlaki kataboliczne lub rozpad składnika odżywczego. Pozytywna Kontrola Operonu jest wtedy, gdy ekspresja genu jest stymulowana przez obecność białka regulacyjnego.,
Lac Operon
Lac operon jest klasycznym przykładem Operonu i odpowiada za degradację białka mleka laktozy. Lac operon jest indukowanym OPERONEM; w przypadku braku laktozy operator jest blokowany przez białko represorowe. Operon składa się z promotora z operatorem i trzech genów (Lacz, lacY i lacA) kodujących β-galaktozydazę, permeazę i transcetylazę., Trzy geny biorą udział w podziale laktozy na jej metabolity: β-galaktozydaza rozkłada laktozę na glukozę i galaktozę, podczas gdy pozostałe dwa białka wspomagają proces metaboliczny. Ekspresja Lac operon jest kontrolowana przez gen regulacyjny lacI, położony bezpośrednio w sąsiedztwie regionu promotora. LacI koduje allosteryczne białko represor, które utrzymuje Lac operon „off”.
aby Lac operon został włączony, cząsteczka induktora musi inaktywować białko represorowe., Cząsteczką induktora w tym układzie jest allolaktoza, izomer laktozy. Kiedy laktoza i jej izomer są obecne w komórce, allolaktoza będzie wiązać się z allosterycznymi miejscami na białku represorowym, zmieniając jego konformację i czyniąc go nieaktywnym. Gdy białko represyjne odłącza się od operatora, polimeraza RNA może wiązać się z promotorem, może nastąpić transkrypcja, a trzy geny degradacji laktozy mogą być syntetyzowane.
rysunek przedstawia strukturę Lac Operonu i sąsiadującego z nim genu represji lacR.,
Lac operon jest również pod pozytywną regulacją genów. Podczas gdy usunięcie białka represyjnego w obecności laktozy jest wymagane do syntezy genów Lacz, lacY i laca, ekspresja genu pozostanie niska. Poziom ekspresji genów jest kontrolowany przez ilość preferowanego źródła energii, glukozy, w komórce. Ta kontrola jest regulowana przez allosteryczne białko regulacyjne, białko aktywatora katabolitu (CAP). Gdy poziom glukozy w komórce jest niski, cząsteczka organiczna cyklicznego AMP jest w wysokim stężeniu., Cykliczny AMP aktywuje CAP poprzez wiązanie się z allosterycznymi miejscami, powodując przyłączenie CAP do promotora Lac operon. W przeciwieństwie do białek represyjnych, Wiązanie CAP z Operonem Lac stymuluje ekspresję genu. Gdy poziom glukozy w komórce wzrasta, cykliczne poziomy AMP w komórce maleją, a białko aktywatora odłączy się od promotora. Transkrypcja powróci do niskiego poziomu lub wyłączy się, jeśli białko represyjne ponownie połączy się.
rysunek przedstawia Lac operon i sposób jego ekspresji genów pod kontrolą zarówno pozytywną, jak i negatywną.,
Trp Operon
Trp operon jest odpowiedzialny za syntezę aminokwasu trytofanu, gdy nie jest dostępny w środowisku. Trp operon składa się z promotora z operatorem i pięciu genów kodujących enzymy do syntezy tryptofanu. Trp operon jest regulowany przez gen regulacyjny trpR, gen, który znajduje się w odległości od Trp operon.
OPERON Trp jest przykładem Operonu represyjnego; jest włączony, chyba że jest wyłączony przez białko represyjne. Białko represyjne jest syntetyzowane przez trpR., Podczas gdy białko represora jest zawsze obecne w komórce, jest syntetyzowane w formie nieaktywnej. Gdy występuje korepsor, w tym przypadku tryptofan, wiąże się z białkiem represorowym w miejscu allosterycznym. Zmienia to konformację białka tak, że może ono wiązać się z operatorem i blokować transkrypcję, zapobiegając wiązaniu polimerazy RNA z promotorem. W ten sposób komórka oszczędza energię, nie produkując tryptofanu, gdy jest już obecny.,
rysunek przedstawia TRP operon z genem represyjnym, promotorem, operatorem i pięcioma genami syntetyzującymi tryptofan.
Quiz
1. Które z poniższych organizmów zawierają operony?
A. drożdże
B. małże
C. drzewa
D. archaea
2. Jak reguluje się Lac operon?
A., kontrola pozytywna
B. Kontrola negatywna
C. Kontrola indukcyjna
D. wszystkie powyższe
3. Czy operony represyjne są pod kontrolą pozytywną czy negatywną?
A. positive
B., negatywna